具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种无源式提高2ASK调制传输距离的装置，包括控制模块、定向收发天线、定向发射天线以及开关调制模块；所述定向收发天线以及定向发射天线与所述开关调制模块连接；所述控制模块，用于为所述开关调制模块提供控制信号，控制信号即为用户的基带信号；所述开关调制模块，用于接收控制模块提供的控制信号，并调制载波信号；所述定向收发天线，用于接收载波信号，并向载波的来波方向发射2ASK已调制信号；所述定向发射天线，用于向其所对准的方向发射2ASK已调制信号。定向收发天线和定向发射天线之间的隔离度超过30dB。所述控制模块提供的控制信号波形与开关调制模块所用的调制信号波形一致。所所述开关调制模块包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关以及匹配负载；所述第一单刀双掷开关与所述第二单刀双掷开关均包括动端、第一不动端口和第二不动端口；所述第二单刀双掷开关的动端RFc2与所述定向发射天线连接；所述第一单刀双掷开关的动端RFc1与所述定向收发天线连接；所述第一单刀双掷开关的第一不动端口RFs11接通，所述第一单刀双掷开关的第二不动端口RFs12断开，同时所述第二单刀双掷开关的第一不动端口RFs21接通，所述第二单刀双掷开关的第二不动端口RFs22断开；或所述第一单刀双掷开关的第二不动端口RFs12接通，所述第一单刀双掷开关的第一不动端口RFs11断开，同时所述第二单刀双掷开关的第二不动端口RFs22接通，所述第二单刀双掷开关的第一不动端口RFs21断开。所述第一单刀双掷开关的第二不动端口RFs12可连接其它能够形成反射的终端。所述第二单刀双掷开关的第二不动端口RFs22可连接其他无信号输出的终端。所述第一单刀双掷开关与所述第二单刀双掷开关由同一组控制信号控制。所述定向收发天线和定向发射天线均为定向天线，其具有相同或不相同的天线增益。

本实施例中，本发明包括：2个定向天线(定向收发天线、定向发射天线)、1个开关调制模块和1个控制模块。开关调制模块包括第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关，两个开关的动端分别连接定向收发天线(用于接收与发射)和定向发射天线(用于发射)；第一单刀双掷开关可选择接地(也可能是其它形成较大反射的负载)或接通第二单刀双掷开关，第二单刀双掷开关可选择接通第一单刀双掷开关或接匹配负载；控制模块是送入控制信号给开关调制模块的数字电路模块。在控制信号作用下，系统调制定向收发天线接收到的载波信号，调制过后的信号通过定向收发天线以及定向发射天线发射出去，被2个天线所对准方向的不同接收机分别接收。

本实施例中，所述2个定向天线为1个接收与发射定向天线和1个定向发射天线。

本实施例中，所述开关调制模块由2个单刀双掷开关(第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关)和匹配负载组成。每个单刀双掷开关由三个信号端口组成，分别为一个动端口(以RFc端口表示)和两个不动端口(以RFs端口表示)。所述定向收发天线与第一单刀双掷开关的RFc1端口连接，所述第一单刀双掷开关的2个RFs端口中，其中一个端口RFs12连接到地，实现短路，另一个端口RFs11连接至所述第二单刀双掷开关的RFs21端口，第二单刀双掷开关的另一不动端口RFs22连接匹配负载，第二单刀双掷开关的RFc2端口连接定向发射天线，所述控制模块同时为第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关提供控制信号，此控制信号即为用户的基带信号。

本实施例中，控制模块是送入控制信号给开关的数字电路模块，送入的控制信号波形与调制信号波形一致。

本实施例中，第一单刀双掷开关的RFs12端口除了连接到地之外，还可以连接其他能够形成较大反射的终端。

本实施例中，第二单刀双掷开关的RFs22端口除了连接匹配负载外，还可以连接到其他无信号输出的终端。

本实施例中，Backscatter 2ASK调制的定向收发天线用于接收Backscatter无线通信系统的载波信号，并向载波的来波方向发射2ASK已调制信号。

本实施例中，Backscatter 2ASK调制的定向发射天线用于在其所对准的方向上发射2ASK已调信号，在该方向上2个天线之间的隔离度超过30dB。

本实施例中，如图1所示，定向天线1为定向收发天线，定向天线2为定向发射天线。定向收发天线接收到载波信号(单音或带宽信号)后，第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关2个开关在控制模块的同一控制信号c(t)作用下，同时动作，第一单刀双掷开关通过RFs12端口接地(短路状态)或者接通RFs11端口与第二单刀双掷开关的RFs21端口连通，相应地，第二单刀双掷开关通过RFs22端口连接匹配负载(负载阻抗通常为50欧姆)或者接通RFs21端口与第一单刀双掷开关的RFs11端口连通。

本实施例中，在同样的c(t)控制下，当第一单刀双掷开关接通地时，第二单刀双掷开关接通匹配负载。此时定向天线1(定向收发天线)接收到的载波信号(以单音为例)A₀cos(2πf_ct+θ)会被反射并仍通过定向收发天线(定向天线1)发射出去，在定向收发天线(定向天线1)方向上形成2ASK调制的高电平信号。而此时，由于接通匹配负载，定向发射天线(定向天线2)无信号发射，意味着在定向发射天线(定向天线2)方向上形成2ASK调制的低电平信号。

本实施例中，在同样的c(t)控制下，当第一单刀双掷开关接通RFs11时，第二单刀双掷开关接通RFs21端口，即第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关2个开关被接通。此时定向天线1(定向收发天线)接收到的载波信号A₀cos(2πf_ct+θ)会被传输至第二单刀双掷开关，并被定向发射天线(定向天线2)发射出去，在定向发射天线(定向天线2)上形成2ASK调制的高电平信号，而定向天线1(定向收发天线)无信号发射，意味着在定向天线1(定向收发天线)上形成2ASK调制的低电平信号。综上所述，定向天线1和定向天线2两个天线发射的调制信号相位相反，可以被2个天线所对准方向的不同接收机分别接收。

本实施例中，当控制信号波形与调制信号波形一致时，开关状态与调制信号c(t)关联，若控制信号：

定向天线1(定向收发天线)的发射信号s_t1(t)和定向天线2(定向发射天线)的发射信号s_t2(t)可以表示为：

其中，A₁、A₂为信号幅度，与控制信号、实际反射系数、实际电路损耗有关，ξ₁，ξ₂是由反射和电路传输引起的相位变化。通过表达式可见定向天线1和定向天线2发射的已调信号包络反相。

本实施例中，从信号功率角度，可以简单分析系统的链路预算。记Z_a＝R_a+jX_a为天线的复数阻抗，对于两种不同的负载Z_c1、Z_c2，考虑差分反向散射功率：

其中，R_a为天线阻抗实部，G为定向天线1和2的增益(这里假设定向天线1和定向天线2具有相等增益)。其中，电流可由下式计算：

Γ₁、Γ₂为接入Z_c1、Z_c2时负载端的反射系数，V₀为入射波引起的天线电压。

本实施例中，入射波的功率密度为S时，V₀可由给出。

本实施例中，差分雷达散射截面：

理想情况下|Γ₁-Γ₂|²＝1，因天线终端接通地和接通匹配负载时对应的Γ₁、Γ₂为-1和0。

综上所述，可以得到单站模式(由载波源所在接收端的接收机接收定向天线1发射的已调信号)接收方接收到的信号功率为：

其中，P_t表示载波功率，G_t0表示载波源的发射天线增益，λ表示系统工作波长，d₀表示载波源到本系统的距离。

本实施例中，若采用双站模式(由不同于载波源所在接收端的接收机接收定向天线2发射的已调信号)，接收方接收到的功率为：

式中，G_r表示接收方天线的增益，d表示本系统到接收方的距离。

本实施例中，结合源端发射功率：

P_s＝P_tG_t0

得到单站模式的链路损耗

和双站模式的链路损耗

对比传统的采用全向天线的Backscatter 2ASK通信模式，采用本发明时接收功率为原来的倍(其中G₀为传统的RF tag采用的全向天线的增益，显然G>G₀)，达到了增加传输距离的目的。此外，由于本发明所采用的结构，散射信号(与散射回源端的信号的包络特性相反)还能通过定向天线2辐射到另一个需求方向，实现了信号辐射方向的灵活控制。

本实施例中，如图2所示，图2为测试(试验)电路原理图，信号源产生载波信号(单音信号)并被天线发射，定向天线1接收载波信号，经调制模块完成2ASK调制后，由定向天线1和定向天线2发射，在定向天线1和定向天线2所对准方向分别用示波器(包含接收前端)进行接收和分析。实验结果表明，本发明所描述的Backscatter 2ASK调制装置能够有效地完成Backscatter 2ASK信号调制，与传统的采用全向天线的Backscatter 2ASK调制系统相比，在同样的载波功率下，本装置获得的已调信号能够传输更远；在相同距离接收到的信号的质量更好。